Fonction Convertir – Moteurs Asynchrones
Sciences d’Ingénieur – 2ème BAC STE
Objectifs : Comprendre le principe de fonctionnement, les caractéristiques techniques et les applications des moteurs asynchrones triphasés dans les systèmes industriels.
1. Principes Fondamentaux
1.1 Définition et constitution
Machine électrique tournante composée de :
- Stator : bobinage triphasé fixe
- Rotor :
- Rotor à cage d’écureuil (95% des cas)
- Rotor bobiné (applications spécifiques)
1.2 Caractéristiques techniques
| Paramètre | Valeur typique | Unité |
|---|---|---|
| Rendement | 80-95% | % |
| Glissement | 2-5% | % |
| Facteur de puissance | 0,75-0,9 | – |
2. Fonctionnement
2.1 Principe de rotation
Champ tournant : Créé par les 3 bobinages décalés de 120° électriques
Vitesse de synchronisme : \( N_s = \frac{60 \times f}{p} \)
Avec :
- f : fréquence d’alimentation (Hz)
- p : nombre de paires de pôles
2.2 Glissement
\( g = \frac{N_s – N}{N_s} \times 100 \)
Où :
- Ns : vitesse synchrone
- N : vitesse rotor
3. Caractéristiques Électromécaniques
3.1 Courbe couple-vitesse
Zones caractéristiques :
- Démarrage (couple élevé)
- Fonctionnement nominal (glissement faible)
- Décrochage (surcharge)
3.2 Puissance et rendement
\( P_u = C \times \omega = C \times \frac{2\pi N}{60} \)
\( \eta = \frac{P_u}{P_a} \times 100 \)
Avec :
- Pu : puissance utile (W)
- Pa : puissance absorbée (W)
- C : couple (Nm)
4. Démarrage et Protection
4.1 Méthodes de démarrage
Direct (DOL)
- Simple mais courant élevé
- Idémarrage ≈ 5-7×In
Étoile-Triangle
- Réduction du courant
- Couple divisé par 3
Variateur électronique
- Démarrage progressif
- Contrôle précis
4.2 Dispositifs de protection
- Disjoncteur magnétothermique : protection contre les surcharges et courts-circuits
- Relais thermique : détection des surcharges prolongées
- Contacteur : commande et sectionnement
5. Exercices Pratiques
Exercice : Dimensionnement
Un moteur asynchrone triphasé 400V a les caractéristiques suivantes :
Pn=7,5kW – cosφ=0,82 – η=88%
- Calculer le courant nominal In
- Déterminer le couple nominal pour N=1425 tr/min
- Calculer l’énergie consommée en 8h de fonctionnement
6. Synthèse
Avantages des moteurs asynchrones :
- Robustesse et fiabilité
- Faible coût de maintenance
- Large gamme de puissances
- Adaptation à diverses applications
Inconvénients :
- Mauvais facteur de puissance à faible charge
- Couple de démarrage parfois insuffisant
- Vitesse fixe en alimentation directe
Les moteurs asynchrones représentent plus de 70% des moteurs industriels grâce à leur robustesse et simplicité.
